氢氧燃烧法直接加热裂解废聚烯烃的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废聚烯烃裂解领域，具体地，本发明涉及一种氢氧燃烧法直接加热裂 解废聚烯烃的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 聚烯烃属用途广泛的大宗塑料产品。有资料显示，2011年中国的塑料消费量已达 到占世界消费总量1/4强的近6000万吨，成为世界第一大塑料消费国。与此同时，由于塑 料制品尤其是塑料包装的使用寿命普遍较短，大量废塑料造成了日益严重的"白色污染"。 废塑料中，以聚乙烯和聚丙烯为代表的聚烯烃的占比通常可达60~70 %，废聚烯烃的处理 因此成为废塑料处理中的一个主要方面。
[0003] 填埋、焚烧和回收利用是目前国内外废塑料处理的主要方法。填埋和焚烧处理虽 在多数国家仍占有较高份额，但随着废塑料量的逐年增长和环保管理的日益严格，填埋和 焚烧处理开始受到挑战。填埋的土地成本日益昂贵，在某些地方甚至根本无地可选；焚烧因 有毒烟气的排放而受到周围居民的抵制。
[0004] 废聚烯烃的回收利用是可持续利用石油资源的一种最佳方式。将废聚烯烃通过高 温裂解回收单体烯烃不仅能实现石油烃资源的循环利用，也有望扩大裂解原料来源，在一 定程度上缓解当前大型乙烯装置普遍存在的原料不足问题。
[0005] 烃类热裂解是目前制取小分子烯烃的主流方法。高反应温度和短停留时间有利 于提高烯烃产率并减少副产物的生成，这就要求对裂解反应施加很高强度的热量供给。从 传热的角度，热裂解可分为直接加热裂解（Directly heated pyrolysis)和间接加热裂 解（Indirectly heated pyrolysis)，前者指热源不经传热介质将热量直接传给裂解原料， 后者则需通过传热介质（反应管壁）向裂解原料传递热量。采用管式裂解炉的蒸汽裂解 (Steam cracking)技术是间接加热裂解的典型代表，绝大多数小分子烯烃都是采用此法生 产的。作为蒸汽裂解技术的核心，管式裂解炉技术经过长期的不断改进，性能已近完善。出 于减少因炉管内壁结焦导致的传热恶化和压降增大的原因，石脑油仍是占主导地位的裂解 原料。
[0006] 出于扩大裂解原料来源的目的，近年来人们对裂解技术提出了多种改进，其中既 有间接加热裂解技术，也有直接加热裂解技术。
[0007] 美国专利US7744747B2、US7578929B2、US6743961B2等公布的裂解技术的特点在 于可将原油等重质原料用于蒸汽裂解，但均需前处理工艺将其中的轻质馏分蒸发出来，再 用裂解炉对轻质馏分进行裂解。这在一定程度上摆脱了原油加工流程对裂解工序的束缚， 但实际使用的裂解原料仍是原油中的轻质馏分，实质上并未扩大裂解原料的来源。美国专 利US4136015和US4256565公布的裂解技术的特点在于将高温燃烧气体用作热载气体，采 用直接加热裂解重质油。此类技术虽然能在裂解装置中直接裂解重油甚至原油，但是为了 实现热载气体与裂解原料的高效混合和快速裂解，往往需要借助复杂的装置或其他技术手 段。
[0008] 近来有人提出选择性氢燃烧技术，将间接加热改为直接加热，使得热裂解反应在 绝热反应器中进行，不需要外加热源。比如中国专利CN 101875591A，该技术借助选择性氢 燃烧催化剂，将氢气、氧气和烃类原料混合物流引入氢催化燃烧装置，使其中的氢气进行催 化燃烧反应，将物流加热，加热后的物流进入绝热反应装置发生热裂解反应。该技术需要多 级氢催化燃烧装置和绝热反应装置串联以提高烯烃产率，而且情燃烧需要借助催化剂，必 然增加了成本，且过程不好控制。
[0009] 出于裂解废聚烯烃回收单体烯烃的目的，近年来也提出了多种一步法和两步法裂 解技术。
[0010] 美国专利US532691/5136117公布的裂解废塑料回收单体乙烯的方法为典型的一 步法裂解，此法将加热至高温的固体颗粒与废聚烯烃颗粒直接接触，使之快速升温裂解。 为了获得高升温速率和较好的混合传热效果，此法对原料的粒度有严格要求。中国专利 CN95110364. 4、美国专利US5639937和US5731483等公布的裂解废塑料回收单体烯烃的方 法则属两步法裂解，即首先在较低的裂解温度下，将固体废塑料转化为液体裂解原料；第二 步为高温裂解，将液体原料裂解为小分子烯烃。上述专利中，第二步高温裂解均采用传统的 管式裂解炉，这对第一步产生的液体裂解原料有相当严格的要求，一般需将液体裂解原料 控制在相当于石脑油馏分的范围内。
【发明内容】
[0011] 鉴于现有裂解废聚烯烃回收单体烯烃技术存在的不足，本发明的目的是提供一种 两步法裂解废聚烯烃的装置和工艺。本发明将废聚烯烃经第一步温和裂解得到的液态烃作 为裂解原料（以下简称裂解原料），采用氢氧燃烧产生的过热水蒸汽，直接加热裂解原料制 取单体小分子烯烃。该工艺具有裂解原料来源广泛，原料之间切换灵活，烯烃产率高，除焦 操作简单等优点。
[0012] 本发明提供了一种氢氧燃烧法直接加热裂解废聚烯烃的装置，包括氢氧燃烧器 1-3和高温裂解反应装置1-1，所述氢氧燃烧器1-3与高温裂解反应装置1-1相连通，所述 高温裂解反应装置1-1包括高温裂解反应器2-1，所述高温裂解反应器2-1包括上下连接的 混合器2_la和反应器2_lb ;
[0013] 所述混合器2-la和反应器2-lb的内部连接有可上下移动的可移动热电偶2-13 ; 所述反应器2-1内部反应区与可上下移动的急冷装置2-lla相连；
[0014] 所述混合器2-la相对的两侧壁沿切线方向分别设置有过热水蒸汽入口 3-1与气 液混合物料入口 3-3,所述混合器2-la顶部沿轴向方向设置有气态物料入口 3-2 ;其中所述 过热水蒸汽入口 3-1与氢氧燃烧器1-3相连。
[0015] 根本发明的装置，还包括聚烯烃温和裂解炉1-5与高温裂解反应器1-1相连通，用 于温和裂解废聚烯烃制得液态烃。
[0016] 如果裂解原料为粘度很大的液态烃时，可以在装置中加设预热气化装置1-4,设置 于高温裂解反应器1-1与聚烯烃温和裂解炉1-5之间。
[0017] 根据上述装置，在加设预热气化装置1-4时，所述混合器2-la的气态物料入口 3-2 与气液混合物料入口 3-3分别连接于原料预热气化装置1-4。
[0018] 根据上述装置，所述氢氧燃烧器1-3与除焦再生反应器1-2相连。
[0019] 上述混合器外设置有混合器加热保温套2-24,所述反应器外设置有反应管外保温 层 2_4。
[0020] 上述所述高温裂解装置中的混合器和反应器可以用不锈钢或其他耐高温材料制 成。
[0021] 本发明还提供了一种氢氧燃烧法直接加热裂解废聚烯烃的方法，该方法优选基于 上述裂解废聚烯烃的装置，具体包括以下步骤：
[0022] 1)将废聚烯烃进行温和裂解制得液态烃，将液态烃作为裂解原料；
[0023] 2)将氢气和氧气输送进入氢氧燃烧器，燃烧生成过热水蒸汽，使过热水蒸汽的温 度区间为800~2000°C ;
[0024] 其中，氢气和氧气之间质量比为1:5~1:8,氢气保持一定的过量；
[0025] 3)将过热水蒸汽和裂解原料分别输送进入高温裂解反应装置，过热水蒸汽与裂解 原料在高温裂解反应装置的混合区中迅速混合形成裂解反应物料，并使裂解反应物料瞬间 升温至裂解反应温度750~1000°C ;其中，上述预热后的裂解原料与过热水蒸汽在混合区 内混合方式为：水蒸汽切向进入高温裂解反应装置的混合区，裂解原料沿轴向或切向进入 高温裂解反应装置的混合区与高温水蒸汽混合；在水蒸汽入口处设置喷嘴以提高水蒸汽进 入反应器的线速度，以加强混合效果；